A un paso de descubrir cómo fue el primer segundo del Universo

Solo un instante después del Big Bang, una gran lluvia de partículas fue liberada en el cosmos. Desde entonces, han estado inundando el espacio, llevando consigo secretos desde el principio de los tiempos. Si pudiéramos detectar estas partículas, llamadas neutrinos, obtendríamos una imagen única del Universo en el instante posterior a su comienzo. Poco a poco, la ciencia se acerca a ese momento clave.

En un estudio publicado en 2021 en la revista científica Physical Review D, el físico Martin Bauer, de la Universidad de Durham, en Reino Unido, y su colega Jack D. Shergold desarrollaron una técnica para detectar neutrinos y avanzar en el descubrimiento de la información que poseen estas partículas sobre los inicios del cosmos. Ahora, en un artículo publicado recientemente en New Scientist, Bauer profundiza en esta cuestión y en la revolución que podría suponer en el campo de la astrofísica y la cosmología. 

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Por todas partes

100 billones de neutrinos fluyen a través de nuestros cuerpos cada segundo y no lo advertimos: estas escurridizas partículas elementales existen desde el instante inicial posterior al Big Bang, el gran estallido que, según las teorías cosmológicas actualmente aceptadas, dio origen al cosmos que conocemos y permitió el desarrollo de todo aquello que contiene. Galaxias, estrellas, planetas, otras estructuras cósmicas y hasta los seres vivos que existen en la Tierra, incluyendo por supuesto al ser humano, devienen de ese momento inicial.

¿Qué sucedería si obtuviéramos una “instantánea” con la suficiente calidad de resolución de ese primer segundo del Universo? Mientras el llamado fondo cósmico de microondas (CMB) nos brinda una “foto” del Universo cuando tenía solo 380.000 años, en el momento en que los fotones lograron liberarse del plasma uniforme que componía al cosmos, el denominado fondo cósmico de neutrinos (CNB) nos podría aportar una imagen directa del segundo posterior al Big Bang. Con esa información, los astrónomos podrían resolver gran parte de los misterios del Universo, como por ejemplo la naturaleza de la materia oscura y los agujeros negros.

Si el CMB nos acercó a la luz más antigua del cosmos que se ha detectado hasta hoy, el CNB rompería todos los parámetros: para Bauer, mientras el fondo cósmico de microondas, que puede considerarse como los “ecos” de la luz del Big Bang, nos mostró una foto en blanco y negro del Universo primitivo, los neutrinos cósmicos producirían una película en 3D y a todo color de ese cosmos inicial. Queda claro, a partir de esta comparación, el impacto que generaría su detección.

Escurridizos y extraños

Sabemos que los neutrinos son muy extraños, y aunque los conocemos desde hace mucho tiempo aún no han logrado detectarse. Fueron planteados como hipótesis por primera vez en 1930 y detectados en experimentos en 1956. Se crean todo el tiempo como consecuencia de la radiactividad, pero son extremadamente ligeros y casi nunca interactúan con otras partículas. A diferencia de los fotones, que no tienen masa, los neutrinos sí poseen una pequeña cantidad de masa: podrían detectarse al chocar contra un átomo, según creen los científicos.

La teoría del Big Bang predice que los neutrinos creados en el primer segundo del Universo habrían podido escapar inmediatamente del plasma inicial y todavía estarían fluyendo a través del cosmos en la actualidad: su identificación sería un verdadero “Santo Grial” para los astrónomos. Basados en estudios previos realizados en 1974 y 1982, entre otros antecedentes, Bauer y Shergold proponen en su estudio que sería posible observar neutrinos de baja energía con el objetivo de detectar el fondo cósmico de neutrinos, utilizando “anillos de almacenamiento de iones”. 

Un ion es una partícula cargada eléctricamente, constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutro. Los neutrinos cósmicos deberían colisionar contra ese átomo, permitiendo su identificación. Desafortunadamente, ninguno de los sistemas tecnológicos disponibles en la actualidad garantiza la detección de las partículas necesarias para identificar el fondo cósmico de neutrinos, pero los investigadores creen que es solo una cuestión de tiempo: en un futuro cercano, los avances técnicos podrían hacer realidad el descubrimiento de estos datos claves sobre los momentos iniciales del cosmos.

Referencia

Relic neutrinos at accelerator experiments. Martin Bauer and Jack D. Shergold. Physical Review D (2021). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.083039